PLC應用于節塊厚度分選機

葉江林

摘 要：本文通過對PLC應用于節塊厚度分選機進行改造分析，闡述了節塊的分類和選擇上應用PLC是可行的，使原來由人工進行的測量分級工作，改變為自動控制測量分級，具有提高工作效率和減少人工誤差的優點，提高了企業的經濟效益。

關鍵詞：節塊厚度；分級；PLC控制

1 概述

本單位的一個下屬企業主要生產節塊，節塊是一種高強度合金，主要作為切割石材的高效刀具。由于節塊生產后存在厚度的誤差，為適應不同客戶的質量要求，產品必須根據誤差進行分級。節塊分級工作原由兩個人使用游標卡尺進行測量分級，由于測量效果受游標卡尺的精度和人的精神狀況影響較大，容易造成新的誤差，致使人工分級工作效率低、準確度差。為解決這個問題，公司組成了攻關小組，對原系統進行改造，本人有幸負責電氣控制部分的改造。

節塊厚度分選機首先利用PLC功能強大和可靠性高的優點，整個動作過程的控制全部由PLC來完成。其次，應用光柵尺來測量節塊的厚度，測量后把數據輸入PLC，利用PLC對測量值的處理能力和運算功能，通過數據的比較，自動控制電磁閥，使節塊進入到各級的凹槽中，實現了節塊的自動分級。最后，利用觸摸屏來設置和顯示各級別節塊的尺寸和產量。據此，本人制訂了整套PLC的改造方案，可行性經攻關小組人員研究后，予以實施，取得很好的效果。

2 控制系統主要的硬件配置

2.1 PLC

控制系統選用三菱公司的FX系列PLC，考慮到經濟性和實用性，決定使用型號為FX2N-24MR的PLC，該型號PLC能滿足系統的3個要求：

（1）有高速計數器輸入口，用于光柵尺的脈沖數據輸入；

（2）2個輸入口，用于傳感器信號輸入；

（3）8個輸出口，用于控制打開電磁閥。

2.2 觸摸屏

控制系統選用三菱公司生產的GOT1000型觸摸屏，主要實現3個功能：

（1）作為啟動、停止和切換畫面按鈕使用；

（2）進行數據處理，用于顯示節塊的產量；

（3）進行數據轉換，用于設置各級別節塊的尺寸參數。

2.3 光柵尺

光柵尺的全稱是光柵尺位移傳感器，是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。其測量輸出的信號為數字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。本控制系統選用德測公司生產的型號為LES1經濟型光柵尺。

LES1型光柵尺是根據物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的，在一個莫爾條紋寬度內，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現電子細分與判向功能：LES1型光柵尺的柵線為50線對/mm，其光柵柵距為0.02mm，采用四細分后便可得到分辨率為5μm的計數脈沖，由于位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，需要兩路相位不同的光電信號。采用由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2，為得到判向和計數脈沖，對這兩路信號進行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過對方波的相位進行判別比較，就可以得到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數，可以得到光柵尺的位移和速度（如圖）。

3 控制系統的主要功能

3.1 光柵尺的校準

開機后按下觸摸屏的“校準/啟動”鍵，光柵尺的檢測頭下降至檢測臺（檢測臺沒有檢測物），存儲數據進行清零，然后檢測頭上升至頂點，把頂點數據存進寄存器，完成校準。

3.2 節塊的傳送

節塊在振動臺的帶動下，通過斜坡滑動到位，按下觸摸屏的“設置/啟動”鍵，待檢傳感器感應到有檢測物，打開電磁閥推動活塞桿，把節塊送到待檢位置，送檢傳感器感應到節塊已經送到，打開送檢電磁閥，推動活塞桿把節塊送上檢測臺。

3.3 進行檢測

在PLC控制打開送檢電磁閥的同時，光柵尺的檢測頭上升，進行頂點數據校正，活塞桿把節塊送到檢測臺，此時，檢測頭下降至檢測物，并將測量數據放進寄存器，通過PLC對測量數據的計數，得到節塊的實際數據。

3.4 節塊的分級

PLC將節塊的實際數據和標準尺寸數據進行比較，得到誤差值；節塊按照觸摸屏設定的誤差范圍，自動進行分級并打開相應的電磁閥，節塊分級工作完成。

4 控制系統的改造

4.1 I/O分配圖（如表1、圖1）

4.2 按控制功能設計的狀態流程圖（如圖2）

4.3 控制動作過程分析

（1）校準/啟動

S0 —— 接通電源，復位（Y0-Y7）。按下觸摸屏的“校準/啟動”鍵。狀態轉移到S50。

S50—— 復位（Y7），送檢繼電器（KA1）未得電，控制光柵尺的電磁閥（YV9）得電，檢測頭下降至檢測臺，（T5）得電，1秒后，計數器數據清零。狀態轉移到S51。

S51——（Y7）輸出，送檢繼電器（KA1）得電，控制光柵尺的電磁閥（YV9）失電，檢測頭上升，（T6）得電，1秒后，檢測頭上升至頂點，寄存器得到頂點數據，完成校準。狀態轉移到S20。

（2）傳送

S20——有料傳感器（X2）感應到有待檢物。狀態轉移到S21。

S21——（Y6）輸出，待檢電磁閥（YV7）得電，推動活塞桿，把節塊送到待檢位置，（T1）得電，1秒后，送料傳感器（X3）感應到節塊已經送到。狀態轉移到S22。

S22——（T2）得電，延時0.3秒。狀態轉移到S23。

S23——（Y7）輸出，（KA1）得電，送檢電磁閥（YV8）得電，推動活塞桿把節塊送上檢測臺。

（3）檢測

S23——（Y7）輸出，（KA1）得電，控制光柵尺的電磁閥（YV9）失電，檢測頭上升至頂點；（T3）得電，1秒后，把頂點數據放進高速計數器，進行頂點校正。狀態轉移到S24。

S24——（Y7）未輸出，（KA1）失電，電磁閥（YV9）得電，檢測頭下降；（T4）得電，延時1秒后，檢測頭下降至檢測物，并把檢測數據放進寄存器，完成檢測。狀態轉移到S20，檢測下一節塊。

（4）分級和計數

節塊的實際數據和標準數據進行比較，得到實際誤差值；PLC把觸摸屏設置的各級誤差值和實際誤差值進行比較，對節塊進行分級：

A級：當誤差值B級：當誤差值>B級品，且≤D級品，（Y0）輸出，B級電磁閥（YV1）打開，節塊掉進B級品箱，B級品（C112）計數加一。

C級：當誤差值